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工业机器人技术基础及其应用总结

⼯业机器⼈技术基础及其应⽤总结第⼀章⼯业机器⼈概述

机器⼈三定律（研发原则）

第⼀法则：机器⼈不得伤害⼈类，或袖⼿旁观坐视⼈类受到伤害。

第⼆法则：除⾮违背第⼀法则，机器⼈必须服从⼈类的命令。

第三法则：在不违背第⼀及第⼆原则下，机器⼈必须保护⾃⼰。

机器⼈概念

靠⾃⾝动⼒和控制能⼒来实现各种功能的⼀种机器。蒸汽熨刷

美国机器⼈协会对机器⼈的定义

1. ⼀种可编程的多功能的操作机

2. 为了执⾏不同的任务⽽具有可⽤计算机改变和可编程动作的专门系统。

机器⼈系统组成

1. 机械系统

2. 驱动系统

3. 控制系统

4. 感知系统

⼯业机器⼈基本特点

1. 可编程

2. 拟⼈化

3. 通⽤性

主要⼯业机器⼈企业

1. 瑞⼠ABB集团

2. ⽇本FANUC公司

3. ⽇本安川电机公司

4. 德国KUKA Roboter Gmbh公司

⼯业机器⼈基本组成

机械部分

1. 驱动系统

2. 机械结构系统

控制部分

1. ⼈机交互系统

2. 控制系统

传感部分

1. 感受（传感）系统

2. 机器⼈与环境交互系统

⼯业机器⼈主要技术指标

4. 额定负载

5. 最⼤⼯作速度

⼯业机器⼈分类

按机械结构分

1. 串联机器⼈

2. 并联机器⼈

按机器⼈的机构特性分

1. 直⾓坐标机器⼈点钞机电机

2. 柱⾯坐标机器⼈

3. 球⾯坐标机器⼈

4. 多关节坐标机器⼈

按程序输⼊⽅式分

1. 编程输⼊型机器⼈

2. ⽰教输⼊型机器⼈

应⽤机器⼈三要素

1. 技术依据

2. 经济因素

3. ⼈的因素

使⽤机器⼈的经验准则（弗农经验准则）

1. 应当从恶劣⼯种开始执⾏机器⼈计划

2. 考虑在⽣产率落后的部门应⽤机器⼈

3. 要估计长远需要

4. 使⽤费⽤不与机器⼈成本成正⽐

5. ⼒求简单实效

6. 确保⼈员和设备安全

7. 不要期望卖主提供全套承包服务

8. 不要忘记机器⼈需要⼈

第⼆章⼯业机器⼈的机械结构系统和驱动系统机械系统组成

⼿部

特点

1. ⼿部与⼿腕相连处可拆卸智能化信报箱

2. ⼿部是机器⼈末端操作器

3. ⼿部的通⽤性⽐较差

4. ⼿部是⼀个独⽴的部件

分类

按⽤途分

无叶片风扇1. ⼿⽖

2. 专⽤操作器

按夹持⽅式分

按智能化分

1. 普通式⼿⽖

2. 智能化⼿⽖

按⼯作原理分

夹持式⼿部

吸附式⼿部

1. 真空类吸盘

a.真空吸盘

b.⽓流负压吸盘

c.挤⽓负压吸盘

2.磁⼒类吸盘

a.电磁吸盘

b.永磁吸盘

⼿臂

确定⼿部作业⽅向的⾃由度

1. 臂转

2. 腕摆

3. ⼿转

基座

关节组成

1. 回转轴

2. 轴承

作⽤: ⽤于转动关节

3. 驱动机构

驱动⽅式

直接驱动

直接驱动⽅式的机器⼈通常称为DD机器⼈

间接驱动

1. 带减速器的电机驱动

2. 远距离驱动

关节驱动⽅式

液压驱动

优点

1. 驱动⼒或驱动⼒矩⼤

2. 结构简单紧凑，刚度好

3. 定位精度⽐⽓压驱动⾼，并可实现任意位置的停⽌

折叠炕桌

4. 调速⽐较简单，能在很⼤调整范围内实现⽆级调速

5. 平稳且系统的固有频率⾼，可以实现频繁⽽平稳的变速与转向

6. 可简单有效的防⽌过载现象发⽣

1. 油液容易泄露，影响⼯作的稳定性与定位精度，易造成环境污染

2. 油液黏度随温度变化，影响⼯作性能，⾼温与低温条件下很难应⽤，有时需要采⽤油温管理措施

3. 油液中容易混⼊⽓泡、⽔分等，使系统的刚性降低速度响应特性及定位不稳定

4. 成本较⾼

5. 易燃烧

⼯作原理

⾼压油对活塞或叶⽚的作⽤

组成

1. 液压缸

2. 液压阀

⽓压驱动压缩木耳

优点

1. 快速性好

2. ⽓源⽅便

3. 废⽓可直接排⼊⼤⽓，不会造成污染

4. 通过调节⽓量可实现⽆级变速

5. 具有缓冲作⽤

6. 结构简单，易于保养，成本低

缺点

1. 功率质量⽐⼩，装置体积⼤

2. 很难保证较⾼的定位精度

3. 使⽤后的压缩空⽓向⼤⽓排放时，会产⽣噪声

4. ⽓压系统易腐蚀，有可能启动困难

⼯作原理

很像液压驱动，但细节上差别很⼤，⼯作介质是⾼压空⽓

组成

1. ⽓源装置

2. ⽓动控制元件

3. ⽓动执⾏元件

电⽓驱动

常⽤电动机

1. 步进电动机

2. 直流电动机

3. 伺服电动机

对驱动电动机的要求

1. 快速性

2. 启动转矩惯量⽐较⼤

3. 控制特性的直线性和连续性

4. 调速范围宽

5. 体积⼩，质量轻，轴向尺⼨短

6. 能在苛刻的运⾏条件下⼯作，能进⾏⼗分频繁的正、反向和加、减速运动，并能在短时间内承受过载关节驱动电动机

1. 交流伺服电动机

2. 步进电动机

3. 直流伺服电动机

应⽤范围

1. 1、3⽤于⾼精度、⾼速度的驱动系统中

2. 2⽤于对精度要求不⾼的⼩型简易机器⼈开环驱动系统中

3. 1在易燃、易爆环境中得到了⼴泛应⽤

驱动系统选⽤原则

1. 控制⽅式

2. 作业环境要求

3. 操作运⾏速度

传动装置

减速器

RV减速器

主要放置在基座、腰部、⼤臂等重负载的位置，主要⽤于20kg以上的机器⼈关节谐波减速器

主要放置在⼩臂、腕部或⼿部等轻负载的位置

常⽤⼯具

真空吸盘

优点

1. 易使⽤

2. ⽆污染

3. 不伤⼯件

4. 成本低廉

选⽤原则

1. 被移送物体的质量决定吸盘的⼤⼩和数量

2. 由被移送物体的形状和表⾯状态来选定吸盘的种类

3. 由⼯作环境（温度）来选择吸盘的材质

4. 由连接⽅式来选择吸盘、接头、缓冲连接器

5. 根据被移送物体的⾼低和缓冲距离选择吸盘的尺⼨和移动范围

第三章⼯业机器⼈的传感系统

内部传感器功能分类

1. 规定位置、规定⾓度的检测

2. 位置、⾓度测量

3. 速度、⾓速度测量

4. 加速度测量

外部传感器

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